تکنولوژی فیبر نوری

تاريخچه
بعد از اختراع ليزر در سال 1960 میلادی، ایده بکارگیری فيبر نوری برای انتقال اطلاعات شکل گرفت .

خبر ساخت اولين فيبر نوری در سال 1966 همزمان در انگليس و فرانسه با تضعيفی برابر با اعلام شد.

که عملا درانتقال اطلاعات مخابراتی قابل استفاده نبود تا اينکه در سال 1976 با کوشش فراوان محققين تلفات فيبر نوری توليدی شدیدا کاهش داده شد.

و به مقدار رسيد که قابل ملاحظه با سيم های کوکسيکال مورد استفاده در شبکه مخابرات بود.

در ایران در اوايل دهه 60 ، فعاليت های تحقيقاتی در زمينه فيبر نوری در مرکز تحقيقات منجر به تاسيس مجتمع توليد فيبر نوری در پونک تهران گرديدو.

عملا در سال 1373 توليد فيبرنوری با ظرفيت 50.000 کيلومتر در سال در ایران آغاز شد.فعالیت استفاده از کابل های نوری در ديگر شهرهای بزرگ ايران شروع شد.

تا در آينده نزدیک از طريق يک شبکه ملی مخابرات نوری به هم متصل شوند.

تکنولوژی فیبر نوری

تا نور با هر زاويه ای هم که به سطح مقطع آن برخورد کرد از آن خارج نشود و در طول فيبر حرکت کند.

فرايند انتقال سيگنال بدين صورت است .

که يک سيگنال را توسط چند عمل مدولاسيون به فرکانس ۶۴kHzمی رسانند .

سپس توسط ليزر آن را به فرکانس نور تبديل و به داخل فيبر می تابانند.

چون فر کانس نور در حد گيگابايت است يک پهنای باند فوق العاده زياد برای انتقال سيگنال در اختيار ما قرار می دهد.

وهمچنين با مالتی پلکس کردن سيگنالها ميتوان ۱۹۲۰ کانال را همزمان از داخل فيبر عبور داد.

اين خاصيت باعث شده تا ارتباط بين دو مرکز مخابرات تنها با يک رشته فيبر بر قرار شود.

اتلاف توان سيگنال در ۱ کيلومتر از فيبر نوری در فرکانس ۴۰۰ گيگا هرتز ۱۰dB است .

در مقايسه با کابل هم محور به قطر ۱ سانتی متر که در فرکانس ۱۰۰ کيلو هرتز ،۱dBو در فرکانس ۳مگاهرتز dB ۱/ ۵ اتلاف دارد .

اين اتلاف کم کم فيبرها باعث شده تا در ميان راه ازrepeater کمتری استفاده شود و از هزينه ها کاسته شود.

همچنين ارزان بودن فيبر وخواصی همچون ضد آب بودن آن باعث شده تا از فيبر روز به روز به طور گسترده تری استفاده شود.

تنها ايرادی که به فيبر وارد است اينست که به راحتی سيمها نميتوان آنها را پيچ وخم داد .

زيرا زاويه تابش نور در داخل آن تغيير ميکند و باعث می شود نور از سطح آن خارج شودو اينکه اتصال دو رشته فيبر نيز احتياج به دقت ولوازم خاص خود را دارد.

نحوه عملکرد فیبر نوری

می دانيم هر گاه نور از محيط اول به محيط دوم که غليظتر است وارد شود.

دچار شکست ميشود.واگر نور از محيط غليظ با بيش از زاويه حد به سطح آن برخورد کندسطح ماده همانند يک آينه تخت عمل می کند و نور بازتابش می کند.

از اين خاصيت در فيبرهای نوری استفاده شده است.

فيبرنوری يک موجبر استوانه ای از جنس شيشه (يا پلاستيک) که دو ناحيه مغزی وغلاف با ضريب شکست متفاوت ودولايه پوششی اوليه وثانويه پلاستيکی تشکيل شده است .

بر اساس قانون اسنل برای انتشار نور در فيبر نوری شرط : می بايست برقرار باشد .

که به ترتيب ضريب شکست های مغزی و غلاف هستند .

انتشار نور تحت تاثير عواملی ذاتی و اکتسابی ذچار تضعيف می شود.

اين عوامل عمدتا ناشی از جذب ماورای بنفش ، جذب مادون قرمز ،پراکندگی رايلی، خمش و فشارهای مکانيکی بر آنها هستند.

منحنی تغييرات تضعيف برحسب طول موج در شکل زير نشا ن داده شده است.
فيبرهای نوری نسل سوم

طراحان فیبرهای نسل سوم ، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای حداقل تلفات و پاشندگی باشند.

برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج 55/1 میکرون و از حداقل پاشندگی.

در طول موج 3/1 میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتا پیچیده تری بود.

در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم ، که حداقل پاشندگی ان در محدوده 3/1 میکرون قرار داشت ،.

به محدوده 55/1 میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.
نکته قابل ذکر اين است که مشخصات يک محيط (ماده) را با پنج عامل &(سيکما)،u(ميو)، ‘u(ميو پريم)،E(اپسيلن)و’E(اپسيلن پريم) تعريف ميکنند.

حال فيبر نوری را با يک Eی يعنی از جنسی می سازند.

انواع فيبر نوری

1 -(single mode fiber)ـsmf:قطر هسته ۹ ميکرون و طول موج ۳/۱ ميکرومتر:

2 -(multi mode fiber)ـmmf:خود بر دو نوع است:

الف:multi mode stop index:زاويه شکست در سراسر کابل يکسان است ودارای پهنای باند ۲۰ تا ۳۰ مگاهرتز است.

ب:multi mode graded index:سرعت انتشار نور در اين کابل در جايی که شکست نور تحت زاويه کمتری صورت می گيرد.

نسبت به جايی که تحت زاويه بزرگتری صورت می گيرد،بيشتر است.پهنای باند آن ۱۰۰مگا هرتز تا ۱ گيگا هرتز است.

فن آوری ساخت فيبرهای نوری

برای تولید فیبر نوری ، ابتدا ساختار آن در یک میله شیشه ای موسوم به پیش سازه از جنس سیلیکا ایجادمی گردد.

و سپس در یک فرایند جداگانه این میله کشیده شده تبدیل به فیبرمی گردد .

از سال 1970 روش های متعددی برای ساخت انواع پیش سازه ها به کار رفته است .

که اغلب آنها بر مبنای رسوب دهی لایه های شیشه ای در اخل یک لوله به عنوان پایه قرار دارند .

روشهای ساخت پيش سازه
روش های فرایند فاز بخار برای ساخت پيش سازه فیبرنوری را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

• رسوب دهی داخلی در فاز بخار
• رسوب دهی بیرونی در فاز بخار
• رسوب دهی محوری در فاز بخار

مواد لازم در فرآيند ساخت پيش سازه

• تتراکلريد سیلسکون :این ماده برای تا مین لایه های شیشه ای در فرایند مورد نیاز است .
• تتراکلريد ژرمانیوم : این ماده برای افزایش ضریب شکست شیشه در ناحیه مغزی پیش سازه استفاده می شود .
• اکسی کلريد فسفریل: برای کاهش دمای واکنش در حین ساخت پیش سازه ، این مواد وارد واکنش می شود .
• گازفلوئور : برای کاهش ضریب شکست شیشه در ناحیه غلاف استفاده می شود .
• گاز هليم : برای نفوذ حرارتی و حباب زدایی در حین واکنش شیمیایی در داخل لوله مورد استفاده قرار می گیرد.
• گاز کلر: برای آب زدایی محیط داخل لوله قبل از شروع واکنش اصلی مورد نیاز است .

مراحل ساخت

• مراحل صیقل حرارتی: بعد از نصب لوله با عبور گاز های کلر و اکسیژن.
• در درجه حرارت بالاتر از 1800 درجه سلسیوس لوله صیقل داده می شود تا بخار اب موجود در جدار داخلی لوله از ان خارج شود.
• مرحله اچینگ: در این مرحله با عبور گازهای کلر، اکسیژن و فرئون لایه سطحی جدار داخلی لوله پایه خورده می شود تا ناهمواری ها و ترک های سطحی بر روی جدار داخلی لوله از بین بروند.
• لایه نشانی ناحیه غلاف : در مرحله لایه نشانی غلاف ، ماده تترا کلرید سیلیسیوم و اکسی کلرید.
• فسفریل به حالت بخار به همراه گاز های هلیم و فرئون وارد لوله شیشه ای می شوند.

تکنولوژی فیبر نوری

ودر حالتی که مشعل اکسی هیدروژن با سرعت تقریبی 120 تا 200 میلی متر در دقیقه در طول لوله حرکت می کند.

و دمایی بالاتر از 1900 درجه سلسیوس ایجاد می کند ، واکنش های شیمیایی زیر ب دست می آیند.

ذرات شیشه ای حاصل از واکنش های فوق به علت پدیده ترموفرسیس.

کمی جلوتر از ناحیه داغ پرتاب شده وبر روی جداره داخلی رسوب می کنند.

و با رسیدن مشعل به این ذرات رسوبی حرارت کافی به آنها اعمال می شود.

به طوری که تمامی ذرات رسوبی شفاف می گردند و به جدار داخلی لوله چسبیده ویکنواخت می شوند.

بدین ترتیب لایه های یشه ای مطابق با طراحی با ترکیب در داخل لوله ایجاد می گردد و در نهایت ناحیه غلاف را تشکیل می دهد.

مزاياي فيبر نوري

• انتقال اطلاعات در فيبر نوري بسيار بالا و در حد سرعت نور مي باشد.
• فيبر هاي نوري از عوامل طبيعي كمتر تاثير مي پذيرند بدين صورت كه ميدان هاي مغناطيسي و يا الكتريكي شديد بر آن هيچ تاثيري نمي گذارد.
• به دليل عدم تاثير پذيري عواملي چون ميدان هاي مغناطيسي مي توان آن را در كنار كابلهاي فشار قوي استفاده كرد
• توليد آن مقرون به صرفه است به طوري كه حتي از كابلهاي مسي كه هم اكنون براي انتقال اطلاعات استفاده مي شود مقرون به صرفه تر مي باشد.
• به دليل تضعيف بسيار كم شعاع نوري در فيبر نوري نيار به تقويت كننده هاي بين راهي در مسافت هاي طولاني بسيار كمتر از كابلهاي كواكسيال مي باشد.

معايب فيبر نوري

• از فيبر نوري فقط مي‌توان براي انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع هاي نوري استفاده كرد و نمي توان براي انتقال الكتريسيته استفاده نمود.
• اتصال دو فيبر نوري به يكديگر بسيار مشكل و وقت گير مي باشد و نياز به دانش فني خاص خود را دارد.
• نمي توان چند شعاع نوري را به طور همزمان انتقال داد.